【摘要】：高效率、高功率因數(shù)、高功率密度的永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)近年來已經(jīng)越來越成為工業(yè)領(lǐng)域應用的焦點,而隨著電力電子技術(shù)以及無速度傳感器矢量控制理論的發(fā)展成熟,使得交流電機的控制變得越來越高效穩(wěn)定。如今,永磁同步電機在電動汽車、數(shù)控機床、天空航天領(lǐng)域都得到了廣泛應用,研究永磁同步電機的控制系統(tǒng)對進一步推動社會生產(chǎn)力發(fā)展具有非凡意義。針對機械式速度傳感器存在的系統(tǒng)復雜、適應性低以及成本高的問題,本文主要研究了一種基于擴展卡爾曼濾波的永磁同步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng),具體內(nèi)容如下:首先,介紹了永磁同步電機研究現(xiàn)狀,表明PMSM無速度控制方法有很多種,這些方法在電機不同運行階段的表現(xiàn)不一,有的適應于電機的中高速運行,有的適應于低速運行;并且在分析PMSM結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立其數(shù)學模型,并進行坐標的推導與變換,闡述了永磁同步電機空間電壓矢量調(diào)制原理。其次,分析了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)仿真模型的建立方法,包括雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框架設(shè)計、電流環(huán)與速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計,研究了永磁同步電機基于直軸電流為零的轉(zhuǎn)子磁場定向控制策略,以及該控制策略下空間矢量脈寬調(diào)制波形(SVPWM)的產(chǎn)生機理以及產(chǎn)生方法。建立了MATLAB/Simulink下的永磁同步電機無速度傳感器矢量控制仿真模型,進行了仿真結(jié)果分析。然后,給出了卡爾曼濾波算法的原理,對EKF模型進行詳盡地推導分析,介紹了EKF在離散和連續(xù)系統(tǒng)中的使用方法,給出了利用擴展卡爾曼濾波器作為觀測器的永磁同步電機無速度傳感器矢量控制模型,在MATLAB中進行仿真,分析仿真結(jié)果,論證了EKF算法在永磁同步電機無速度傳感器矢量控制中的有效性和良好的跟隨性能,同時在改變電機參數(shù)條件下,驗證了EKF算法的魯棒性。最后,以TMS320F28335型號DSP芯片為核心,設(shè)計控制系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)和主要功能模塊的原理及其實現(xiàn)方法。硬件部分設(shè)計控制系統(tǒng)的控制電路和輔助電路,軟件部分編寫系統(tǒng)的主程序、中斷子程序和各部分的軟件實現(xiàn)程序,并在實驗平臺上完成了系統(tǒng)的調(diào)試。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

2.1.1 永磁同步電機基本工作原理圖 2.1 永磁同步電機基本工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示為一個永磁同步電機基本工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。在定子繞組中通入對稱三相電流，由磁阻最小原理[28]，即磁通總是沿磁阻最小路徑閉合，可知永磁轉(zhuǎn)子將被吸引產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為60 /s pn = f n(2-1)其中Sn 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（rpm/min）， f 為三相電流頻率（Hz），pn 為定子極對數(shù)。由式（2-1）可知，永磁同步電動機轉(zhuǎn)速與定子三相電流頻率成正比，與極對數(shù)成反比。由于電機設(shè)計完成后，極對數(shù)就不再變化，一般僅認為轉(zhuǎn)速與定子電流頻率成正比。2.1.2 永磁同步電機結(jié)構(gòu)及其分類與大多數(shù)同步電機相同

(a) 表貼式 (b) 嵌入式 (a) 內(nèi)埋式圖 2-2 永磁同步電機結(jié)構(gòu)分類磁同步電機轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方式主要有表貼式、嵌入式、內(nèi)圖 2-2 所示。表貼式安裝方式是指將瓦片狀的永磁體貼于柱狀其產(chǎn)生的磁場為徑向磁場。由于永磁體的磁導率接近真空磁導安裝的永磁電機轉(zhuǎn)子類似隱極式的同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于永機結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，但相對來說機械強度也較低，僅適用合。嵌入式安裝方式則是把瓦片狀的永磁體嵌入柱狀鐵心表面，這種安裝方式比較類似凸極式的同步電機轉(zhuǎn)子，其交軸與直等，與同步電機不同的是，其交軸氣隙磁導比直軸氣隙磁導大有內(nèi)埋式的永磁體安裝方式[31]。內(nèi)埋式是指將條狀永磁體整個部，其磁路結(jié)構(gòu)一般不對稱，能夠提供比前述兩種安裝方式更因而內(nèi)埋式轉(zhuǎn)子一般可以提供更大的功率密度。文主要研究表貼式永磁同步電機。永磁同步電機又稱正弦波永

（5） 忽略溫度與頻率變化對繞組電參數(shù)以及永磁體參數(shù)產(chǎn)生的影響。根據(jù)如上假設(shè)，可以表述表貼式永磁同步電機在 A-B-C 三相靜止坐標系下的數(shù)學模型。如圖2-3所示為永磁同步電機在三相靜止坐標系下的物理模型示意圖。三相定子電壓Au 、Bu 、Cu 分別通入 A、B、C 三相繞組，在繞組中產(chǎn)生三相定子電流。電機的轉(zhuǎn)子由永磁體構(gòu)成，在空間中產(chǎn)生一個幅值恒定、方向跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而變化的轉(zhuǎn)子磁動勢[6]。iaibico圖 2-3 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的物理模型如圖 2-3，有永磁同步電機的（1） 定子電壓平衡方程：0 00 00 0A s A AB s B Bcs C Cu R idu R idtuR iψψψ = + (2-2)其中Au 、Bu 、Cu 為三相定子電壓，sR 為定子電阻，Ai 、Bi 、Ci 為定子電流，其參考方向與定子電壓同向，Aψ 、Bψ 、Cψ 為三相定子磁鏈。（2） 磁鏈方程：A AA AB AC A fAB AB BB BC B fBC AC BC CC C fCL M M iM L M iM M L iψ ψψ ψψ ψ = + (2-3)

【參考文獻】

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本文編號：2797473